(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属酸化物層内に画成された複数のマイクロキャビティと、
前記金属酸化物内に埋め込まれ、かつ前記複数のマイクロキャビティのうちの個々のマイクロキャビティを包囲する第１の周囲金属電極と、
前記第１の金属酸化物層によって、前記第１の電極から隔離されている第２の電極と、
前記複数のマイクロキャビティ内の放電媒体と、
前記複数のマイクロキャビティ内の前記放電媒体を包含する包含層とを備え、
前記第１の周囲金属電極は、テーパ状の厚さを有するものであって、該電極の厚さが前記マイクロキャビティの近くで最も大きくなっており、当該マイクロキャビティから離れるにつれて小さくなるマイクロキャビティプラズマデバイスアレイ。
【請求項２】
前記第２の電極は、前記第１の金属酸化物層に近接して配置された第２の層を備え、前記第１の金属酸化物層及び前記第２の層は、前記アレイをフレキシブルにするように十分に薄い、請求項１に記載のアレイ。
【請求項３】
前記第２の層は、第２の酸化物層を備え、前記第２の電極は、前記第２の酸化物層内に埋め込まれた複数の第２の周囲金属電極を備える、請求項２に記載のアレイ。
【請求項４】
前記複数の第２の電極は、前記第２の酸化物層内に画成されたマイクロキャビティを包囲する、埋込み周囲電極を備える、請求項３に記載のアレイ。
【請求項５】
前記第１及び第２の電極は、アルミニウムを備え、前記金属酸化物及び前記酸化物は、酸化アルミニウムを備える、請求項３に記載のアレイ。
【請求項６】
前記包含層は透明である、請求項１に記載のアレイ。
【請求項７】
２つ以上の前記第１の電極を接続する、前記第１の金属酸化物層に埋め込まれた相互接続部をさらに備える、請求項１に記載のアレイ。
【請求項８】
前記第１の電極の相互接続部は、あるパターンに従っている、請求項７に記載のアレイ。
【請求項９】
前記包含層によって包含される前記放電媒体は、大気圧又は大気圧付近である、請求項１に記載のアレイ。
【請求項１０】
前記包含層は、ガラス、石英又はプラスチックの薄層を備える、請求項９に記載のアレイ。
【請求項１１】
前記第２の電極は、前記第１の金属酸化物層に近接して配置されている第２の酸化物層内に、複数の埋込み周囲電極を備える、請求項１に記載のアレイ。
【請求項１２】
前記第２の電極は、前記第１の金属酸化物層によって担持される複数の第２の電極を備える、請求項１に記載のアレイ。
【請求項１３】
前記第２の電極は、前記第１の金属酸化物層の表面の凹部内に配置される、請求項１２に記載のアレイ。
【請求項１４】
複数のマイクロキャビティを画成するための金属酸化物層と、
電位を供給して、前記金属酸化物層によって画成されたマイクロキャビティ内にプラズマを生成する第１の周囲埋込み電極手段と、
電位を供給して、前記マイクロキャビティ内にプラズマを生成する第２の電極手段と、
前記マイクロキャビティ内のプラズマと、
前記複数のマイクロキャビティ内の放電媒体を包含する手段とを備え、
前記第１の周囲埋込み電極手段は、テーパ状の厚さを有するものであって、該電極の厚さが前記マイクロキャビティの近くで最も大きくなっており、当該マイクロキャビティから離れるにつれて小さくなるマイクロキャビティプラズマデバイスアレイ。
【請求項１５】
電子デバイス又はシステムのための配線であって、
第１の金属酸化物層内に画成された複数のマイクロキャビティと、
前記金属酸化物層内に埋め込まれ、前記複数のマイクロキャビティの個々のマイクロキャビティを包囲し、２つ以上の第１の周囲金属電極を接続する、前記第１の金属酸化物層内に埋め込まれた相互接続部を含む、第１の周囲金属電極であって、前記第１の電極の相互接続部が、あるパターンに従っている第１の周囲金属電極とを備え、
前記第１の周囲金属電極は、テーパ状の厚さを有するものであって、該電極の厚さが前記マイクロキャビティの近くで最も大きくなっており、当該マイクロキャビティから離れるにつれて小さくなる配線。
【請求項１６】
前記第１の金属酸化物層は、前記配線をフレキシブルにするのに十分に薄い、請求項１５に記載の配線。
【請求項１７】
前記第１の周囲金属電極は、アルミニウムを備え、前記第１の金属酸化物層は、酸化アルミニウムを備える、請求項１５に記載の配線。
【請求項１８】
前記第１の周囲金属電極は、チタンを備え、前記第１の金属酸化物層は、酸化チタンを備える、請求項１５に記載の配線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小放電デバイス又はマイクロプラズマデバイスとしても知られているマイクロキャビティプラズマデバイスの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロキャビティプラズマデバイスは、約５００μｍ以下の特徴寸法ｄを有するキャビティ内に本質的に閉じ込められた非平衡低温プラズマを生成する。この新たなプラズマデバイスは、従来の巨視的なプラズマソースの特性とはかなり異なるいくつかの特性を呈する。該デバイスの小さな物理的寸法のため、マイクロキャビティプラズマは、通常、巨視的デバイスに利用できる圧力よりもかなり高いガス圧力（又は、蒸気圧）で作用する。例えば、２００〜３００μｍ（未満）の直径を有する円筒形マイクロキャビティを備えたマイクロプラズマデバイスは、１気圧以上の圧力の希ガス（ならびにＮ２及びこれまでに検査された他のガス）での作用が可能である。
【０００３】
このような高圧での作用は有利である。例示的な有利な点は、該高圧において、プラズマの化学的性質は、紫外線（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ；ＵＶ）、真空紫外線（ｖａｃｕｕｍ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ；ＶＵＶ）及び可視光線の有効な放射体であることが分かっている希ガス二量体（Ｘｅ２、Ｋｒ２、Ａｒ２、…）及び（ＸｅＣｌ、ＡｒＦ及びＫｒ２Ｆ等の）ハロゲン化希ガスを含む電子的に励起された分子のいくつかの群の形成を支援するということである。この特徴は、幅広いガス又は気体（及びこれらの組合せ）中で作動するマイクロプラズマデバイスの能力と共に、幅広いスペクトル領域におよぶ放射波長を示す。さらに、大気圧付近のプラズマの作用は、マイクロプラズマデバイス又はアレイが密封される際のパッケージング材料における圧力差を最小限にする。
【０００４】
マイクロプラズマデバイスの別の固有の特徴、すなわち、プラズマ中への大きな電力集中（典型的には、数十ｋＷ／ｃｍ３以上）は、周知の光放射体である原子及び分子の有効な生成に部分的に関与する。その結果、上述した高圧作用及び電子及びガス温度を含むマイクロプラズマデバイスの特性のため、マイクロプラズマは、光放射の有効なソースである。
【０００５】
イリノイ大学での本発明者等及び同僚による研究は、新たなマイクロキャビティデバイス構造及び用途をもたらした。実例として、半導体製造プロセスは、逆ピラミッド型の形を有するマイクロキャビティを備えたシリコンウェーハ内にマイクロプラズマデバイスからなる大きなアレイを形成するように適応されている。各デバイスが、５０×５０μｍ２の放射アパーチャーを有する、２５０，０００のデバイスを備えたアレイは、それぞれ、１０４ｃｍ−２、２５％及び２５ｃｍ２のデバイスパッキング密度、アレイ充填率及び活性領域で実証されている。他のマイクロプラズマデバイス構造は、セラミック多層構造、感光性ガラス及びつい最近では、Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３シート内に作製されている。
【０００６】
また、マイクロキャビティプラズマデバイスは、過去１０年間にわたって、様々な用途のために開発されてきている。マイクロプラズマのアレイに対する例示的な用途は、ディスプレイの分野である。例えば、１０μｍ程度の特徴寸法（ｄ）を有する単一の円筒形マイクロプラズマデバイスが実証されているため、デバイス又はデバイスからなる群は、ディスプレイにおける画素にとって好ましい空間分解能を示す。加えて、マイクロキャビティプラズマデバイスを用いて、プラズマディスプレイパネル（ｐｌａｓｍａ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｐａｎｅｌ；ＰＤＰ）の中心部で紫外光を生成する効率は、現在、プラズマテレビに用いられている放電構造の効率を超える可能性がある。
【０００７】
初期のマイクロプラズマデバイスは、直流（ＤＣ）電圧によって駆動され、金属電極に対するスパッタリングダメージを含むいくつかの理由により、短い寿命を呈していた。デバイスのデザイン及び製造の改良は、寿命を著しく伸ばしたが、材料コストの最小限化及び大きなアレイの製造は、引き続き考慮すべき重要な事柄である。また、時変電圧によって励起される、つい最近開発された誘電体バリアマイクロプラズマデバイスは、寿命に最も関心がある場合に好適である。
【０００８】
イリノイ大学での本発明者等及び同僚による研究は、マイクロプラズマデバイスの状況を開拓し、発展させてきた。この作業は、１つ以上の重要な特徴及び構造を備えた実用的なデバイスをもたらした。それらのデバイスのほとんどは、数十ｋＷ／ｃｍ３〜１００ｋＷ／ｃｍ３を超える電力負荷で連続的に作動することができる。実現されているこのようなデバイスの１つは、光増幅器及びレーザをポンピングするためにデザインされたマイクロプラズマからなるマルチセグメントリニアアレイである。また、気相（又は、蒸気相）プラズマと、半導体中の正孔プラズマとをインタフェースする能力も実証されている。半導体及び微小電気機械システム（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ；ＭＥＭｓ）コミュニティによって大幅に発達した製造プロセスは、これまでに実証された多くのマイクロキャビティプラズマデバイスを製造するために採用されている。シリコン集積回路製造法の使用は、マイクロキャビティプラズマデバイス及びアレイのサイズ及びコストをさらに低減した。マイクロマシニングのバッチ性のため、改良された該デバイスのパフォーマンス特性だけではなく、大きなアレイを製造するコストも低減される。正確な公差及び高密度を備えた大きなアレイを製造する能力は、それらのデバイスを、ディスプレイ用途にとって魅力的なものにする。
【０００９】
イリノイ大学での本発明者等及び同僚によるこの研究は、例示的で実用的なデバイスをもたらした。例えば、半導体製造プロセスは、均一な放射特性を呈するマイクロプラズマデバイスからなる緻密にパッケージングされたアレイを実証するのに採用されている。そのようなアレイを、プラズマディスプレイパネルと類似の方法で、しかし、従来のプラズマディスプレイパネルではまだ実現されていない発光効率の値で、蛍光体を励起するのに用いることができることが既に実証されている。別の重要なデバイスは、高感度を呈するマイクロキャビティプラズマ光検出器である。
【００１０】
以下の米国特許及び特許出願は、この研究努力から生まれたマイクロキャビティプラズマデバイスについて記載している。公開された出願：第２００５０１４８２７０号明細書−マイクロ放電デバイス及びアレイ（Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  ａｒｒａｙｓ）；第２００４０１６０１６２号明細書−マイクロ放電デバイス及びアレイ（Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  ａｒｒａｙｓ）；第２００４０１００１９４号明細書−マイクロ放電光検出器（Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）；第２００３０１３２６９３号明細書−テーパー状のマイクロキャビティを有するマイクロ放電デバイス及びアレイ（Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  ａｒｒａｙｓ  ｈａｖｉｎｇ  ｔａｐｅｒｅｄ  ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｉｅｓ）；特許：第６，８６７，５４８号明細書−マイクロ放電デバイス及びアレイ（Ｍｉｃｒｏｄｈｉｓｃｈａｒｇｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  ａｒｒａｙｓ）；第６，８２８，７３０号明細書−マイクロ放電光検出器（Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）；第６，８１５，８９１号明細書−マイクロ放電を励起する方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｅｘｃｉｔｉｎｇ  ａ  ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ）；第６，６９５，６６４号明細書−マイクロ放電デバイス及びアレイ（Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  ａｒｒａｙｓ）；第６，５６３，２５７号明細書−多層セラミックマイクロ放電デバイス（Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｃｅｒａｍｉｃ  ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｄｅｖｉｃｅ）；第６，５４１，９１５号明細書−高圧アーク灯と使ったスタートアップデバイス及び方法（Ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ａｒｃ  ｌａｍｐ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｓｔａｒｔ  ｕｐ  ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ）；第６，１９４，８３３号明細書−マイクロ放電ランプ及びアレイ（Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｌａｍｐ  ａｎｄ  ａｒｒａｙ）；第６，１３９，３８４号明細書−マイクロ放電ランプ形成プロセス（Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｌａｍｐ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）；及び第６，０１６，０２７号明細書−マイクロ放電ランプ（Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｌａｍｐ）。
【００１１】
追加的な例示的マイクロキャビティプラズマデバイスは、「位相固定マイクロ放電アレイ及びＡＣ、ＲＦ又はパルス励起マイクロ放電（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ａｒｒａｙ  ａｎｄ  ＡＣ，ＲＦ，ｏｒ  Ｐｕｌｓｅ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ）」というタイトルの米国公開特許出願第２００５／０２６９９５３号明細書、「櫛型電極によって励起されるマイクロプラズマデバイス（Ｍｉｃｒｏｐｌａｓｍａ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）」というタイトルの米国公開特許出願第２００６／００３８４９０号明細書、２００４年１０月４日にファイルされた「封入された電極を備えたマイクロ放電デバイス（Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）」というタイトルの米国特許出願第１０／９５８，１７４号明細書、２００４年１０月４日にファイルされた「金属／誘電体多層マイクロ放電デバイス及びアレイ（Ｍｅｔａｌ／Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ａｒｒａｙｓ）」というタイトルの米国特許出願第１０／９５８，１７５号明細書及び「ＡＣ励起マイクロキャビティ放電デバイス及び方法（ＡＣ−Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ）」というタイトルの米国特許出願第１１／０４２，２２８号明細書に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
マイクロキャビティプラズマデバイスの開発は、ディスプレイ、照明及び生物医学的用途に重点を置いて続いている。ディスプレイにおけるマイクロキャビティプラズマデバイスの究極の実用性は、（前述した）有効性、寿命及び取り扱い性を含むいくつかの重要なファクターにかかっている。取り扱い性は、具体的には、ほとんどのディスプレイ用途において重要である。例えば、画素として機能するマイクロキャビティ放電の群の場合、各マイクロプラズマデバイスは、個別に取り扱い可能でなければならない。
【００１３】
大面積のマイクロキャビティプラズマデバイスアレイの製造は、コストを低減し、かつ信頼性を高める構造及び製造方法から恩恵を受ける。この点において、大きなアレイにおけるデバイス間の電気的相互接続は、特に興味深い。相互接続技術が、実施するのが困難な場合、又は、相互接続パターンが容易に再構成可能ではない場合には、製造コストは増加し、潜在的な商業的用途は、制限される可能性がある。このような考慮は、増加の一途をたどる大面積のディスプレイ又は発光パネルに対する要求が高まるにつれ、重要性が増している。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の好適な実施形態のマイクロキャビティプラズマデバイスアレイは、マイクロキャビティの軸に対して直角の平面において、該アレイ内のマイクロキャビティを包囲する複数の第１の金属周囲電極を含む。該第１の周囲電極は、金属酸化物層内に埋め込まれており、該マイクロキャビティを包囲し、該金属酸化物によって該マイクロキャビティ内のプラズマから保護される。本発明の実施形態において、該複数の周囲電極の一部又は全ては、接続されている。接続のパターンを画成することができる。第２の電極は、該第１の酸化物層によって前記第１の電極と隔離されるように配列される。いくつかの実施形態において、該第２の電極は、第２の層内にあり、また、他の実施形態においては、該第２の電極は、該第１の金属酸化物層の上又は中に設けられる。包含層、例えば、薄いガラス又はプラスチック層は、放電媒体を該マイクロキャビティ内に密封する。
【００１５】
好適な形成方法の実施形態においては、金属箔又は金属膜が得られ、又は、該箔又は膜に（スルーホール等の）マイクロキャビティが設けられる。該箔又は膜は、金属酸化物を形成するように陽極酸化される。１つ以上の自己パターン化金属電極が、陽極酸化プロセスによって形成された金属酸化物内に自動的に形成されて埋め込まれる。該電極は、各マイクロキャビティ周辺の閉じた周囲に形成され、電気的に絶縁又は接続することができる。
【００１６】
本発明によってもたらされる金属酸化物層内に埋め込まれた電極的相互接続のパターンは、電子デバイス又は電子システムのための配線としての独立した実用性も有する。本発明の実施形態は、第１の金属酸化物層内に画成された複数のマイクロキャビティを備える電子デバイス又は電子システムのための配線である。第１の周囲金属電極は、該金属酸化物層内に埋め込まれており、各電極は、個々のマイクロキャビティを包囲している。該第１の金属酸化物層内に埋め込まれた相互接続部は、２つ以上の第１の電極を接続する。該第１の電極の相互接続は、あるパターンに従っている。
【００１７】
本発明の好適な実施形態のマイクロキャビティプラズマデバイスアレイは、該マイクロキャビティに対して直角の平面において、該デバイス内のマイクロキャビティを包囲する複数の第１の金属周囲電極を含む。該第１の周囲電極は、金属酸化物層内に埋め込まれており、該金属酸化物層によって、該マイクロキャビティ内のプラズマから保護される。本発明の実施形態において、該複数の周囲電極の一部又は全ては、接続されている。接続パターンは、画成することができる。
【００１８】
第２の電極は、前記第１の金属酸化物層によって前記第１の電極と隔離されるように配列される。いくつかの実施形態において、該第２の電極は、第２の層内にあり、また、他の実施形態においては、該第２の電極は、該第１の金属酸化物層の上又は中に設けられる。好適な実施形態において、第２の電極又は複数の第２の電極は、第２の誘電体層内に埋め込まれる。該第２の誘電体層は、該第１の層に接合又は近接され、包含層は、ガス又は蒸気（あるいは、これらの組合せ）を該アレイに密封する。別の好適な実施形態においては、該第２の電極は、該第１の金属酸化物層内の複数の電極である。
【００１９】
該第２の層は、例えば、共通電極を含むことができる。該第２の層は、共通の第２の電極を画成するために、酸化物内に埋め込まれた、又は酸化物によって密封された硬くて薄い金属箔とすることができる。他の実施形態においては、該第２の層は、マイクロキャビティを有する又は有しない電極パターンを含むことができる。好ましくは、該第２の層には、該第１の層と同様に、金属周囲埋込み電極が設けられる。このようなアレイは、低容量及び高スイッチング速度を実現できる。本発明のマイクロプラズマデバイスアレイは、フレキシブル、軽量及び安価とすることができる。
【００２０】
好適な形成方法の実施形態においては、金属箔又は金属膜が得られ、又は、該箔又は膜に（スルーホール等の）マイクロキャビティが設けられる。該箔又は膜は、金属酸化物を形成するように陽極酸化される。１つ以上の自己パターン化金属電極が、陽極酸化プロセスによって形成された金属酸化物内に自動的に形成されて埋め込まれる。該電極は、各マイクロキャビティ周辺の閉じた周囲に形成され、電気的に絶縁又は接続することができる。
【００２１】
本発明の好適な実施形態のマイクロプラズマデバイスアレイは、少なくとも、相互接続されたマイクロキャビティからなるサブセットを有する。第１の金属周囲電極は、金属酸化物（誘電体）層内に埋め込まれ、該第１の金属周囲電極の少なくとも一部は、相互接続される。金属酸化物は、該第１の金属周囲電極がプラズマに曝されるのを防ぐために、各マイクロキャビティの内部にも被覆される。また、第２の電極は、該第１の電極及びマイクロキャビティアレイを有する第１の層に近接している第２の金属酸化物誘電体層内に埋め込まれている。この第２の電極は、例えば、誘電体内に埋め込まれた平行な金属ラインを備えることができ、該ラインの各々は、該アレイ内のマイクロキャビティの特定の行又は列と関連付けられるように意図されている。該第２の電極は、別法として、誘電体中に埋め込まれた金属からなる連続シートとすることができる。
【００２２】
マイクロキャビティデバイス及びアレイは、複数のマイクロキャビティと直角な平面内に位置する平面的な周囲金属電極が、該マイクロキャビティ及び該マイクロキャビティ内の相互接続部に電力を供給する本発明の実施形態によって提供される。電極は、金属酸化物等の誘電体中に埋め込まれ、各マイクロキャビティを包囲する。該マイクロキャビティの周囲の電極の形状は、本質的に、該マイクロキャビティの断面形状（円形、ダイヤモンド等）を複製する。該誘電体の薄壁は、該電極と、該マイクロキャビティの縁部との間に位置し、それにより、該電極を電気的に絶縁し、かつ該電極の、該マイクロキャビティ内のプラズマからの化学的及び物理的隔離を実行できる。すなわち、該電極は、該マイクロキャビティの壁部と同一平面ではない。
【００２３】
好適な実施形態は、誘電体中に埋め込まれた複数の第１の周囲電極を含み、それらの電極のうちの一部又は全ては接続されている。第２の電極は、第２の誘電体層内に埋め込まれる。該第２の誘電体層は、該第１の層に接合又は近接されて、デバイスからなるアレイを形成し、包含層は、該アレイ内のガス又は蒸気（あるいは、これらの組合せ）を密封する。本発明の実施形態において、異なるマイクロキャビティに関連する該電極は、制御可能なパターンで相互接続することができる。
【００２４】
好適な形成方法において、マイクロキャビティ間の電極相互接続のパターニングは、金属電極の湿式化学処理（陽極酸化）の経過中に自動的に行われる。処理する前に、所望の形状の（スルーホール等の）マイクロキャビティが、金属電極（例えば、箔又は膜）内に形成される。該電極は、該電極の実質的に全てを誘電体（一般に、酸化物）に変換するために、後に陽極酸化される。この陽極酸化プロセス及びマイクロキャビティの配置は、アレイ内の隣接するマイクロキャビティが電気的に接続されるか否かを決定する。
【００２５】
これまでのマイクロキャビティプラズマ技術と比較して、この発明は、いくつかの利点を有する。１つは、上記第１の電極及びもしあれば相互接続部（及び、いくつかの好適な実施形態においては、第２の電極）が、これまでのほとんどの技術にはある連続シートではないため、２つの電極構造の静電容量が低減されるということである。従来のマイクロプラズマデバイス及びアレイにおいて、１つの電極を構成する金属シートの大半は、この発明においては、金属酸化物誘電体に変更されている。平行板コンデンサの静電容量は電極面積に比例するため、電極面積の低減は、構造全体の静電容量を同様に低減する。この静電容量の低減は、一般的に、大きな変位電流が不利であるディスプレイ用途にとって価値のあるこの技術を提供するアレイの変位電流を同様に低減する。
【００２６】
本発明の実施形態の別の利点は、該誘電体を、大きなバンドギャップを有する物質とすることができ、そのため、該誘電体は、可視光において、及び恐らく、紫外線（ＵＶ）又は赤外線（ＩＲ）領域おいても透明である。
【００２７】
好適な形成方法を用いて、埋め込まれた周囲金属電極は、自己パターン化電極として形成される。この自己パターン化電極は、マイクロキャビティプラズマデバイスへの、及び該マイクロキャビティプラズマデバイス間の相互接続部への電力の送給を実行できる。周囲電極は、金属酸化物誘電体内に埋め込まれ、各マイクロキャビティを包囲する。マイクロキャビティを包囲する該周囲電極の形状は、本質的に、該マイクロキャビティの断面形状（円形、ダイヤモンド等）を複製し、すなわち、該電極形状は、本質的に、該マイクロキャビティの軸に直角な平面による該マイクロキャビティの切り欠き図の形状と一致する。該金属酸化物誘電体の薄壁は、該電極と、該マイクロキャビティの縁部との間に位置し、それにより、該電極を電気的に絶縁し、かつ該マイクロキャビティ内のプラズマからの該電極の化学的及び物理的隔離を実現できる。本発明の実施形態において、異なるマイクロキャビティに関連する電極は、制御可能なパターンで相互接続することができる。好適な形成方法において、マイクロキャビティ間の電極の相互接続のパターニングは、金属箔又は金属膜の湿式化学処理（陽極酸化）の経過中に自動的に行われる。処理する前に、所望の形状のマイクロキャビティが、金属箔又は金属膜内に形成される。該箔又は膜は、該金属の実質的に全てを誘電体（一般に、酸化物）に変換するために、後に陽極酸化される。この陽極酸化プロセス及びマイクロキャビティの配置は、アレイ内の隣接するマイクロキャビティが電気的に接続されるか否かを決定する。
【００２８】
本発明の製造方法は、自己パターン化した周囲電極が、金属を金属酸化物に変える陽極酸化プロセス中に、マイクロキャビティの周囲に自動的に形成される湿式化学プロセスである。陽極酸化前の金属箔（又は、金属膜）内の該マイクロキャビティのサイズ及びピッチならびに陽極酸化パラメータは、１次元又は２次元のアレイ内の該マイクロキャビティプラズマデバイスのどれが接続されるかを決定する。好適な実施形態において、金属箔は、多様な断面形状（円形、正方形等）のいずれかを有するマイクロキャビティと共に得られ、又は形成される。該金属箔は、陽極酸化されて金属酸化物を形成する。１つ以上の自己パターン化金属電極は、該陽極酸化プロセスによって形成された金属酸化物内に自動的に形成され、同時に埋め込まれる。該電極は、各マイクロキャビティの周囲に一様に形成され、パターン状に電気的に絶縁又は接続することができる。該マイクロキャビティの周囲に形成される電極の形状は、該金属酸化物を形成する陽極酸化の前の該マイクロキャビティの形状に依存する。従って、例えば、円筒形のマイクロキャビティは、埋込みリング状電極を形成し、また、ダイヤモンド状のマイクロキャビティは、本質的に、ダイヤモンド状の埋込み電極を形成する。しかし、各マイクロキャビティの周囲の電極は、該マイクロキャビティの壁部と同一平面ではない。正確に言えば、該電極は、金属酸化物によって被覆され、その一部は、該マイクロキャビティの壁部を構成する。
【００２９】
好適な実施形態の製造方法は、例えば、マイクロキャビティの群を接続するための陽極酸化プロセスのパラメータによって容易に制御される。電極は、（２次元アレイにおけるデバイスの行又は列等の）マイクロキャビティプラズマデバイスの群全体、又は、必要に応じて、アレイ内の単一のデバイスを作動させるように形成することができる。該自己パターン化した電極の形成及び金属箔から金属酸化物への変換は、酸浴槽内で全体的に遂行される。該デバイスからなるアレイを形成する一つの方法は、薄い酸化物層を、パターン化した埋込み電極と結合し、該マイクロキャビティを、埋込み電極を有する別の薄い酸化物層と結合することである。本発明の製造方法は、低コストであり、大きな材料シートを同時に処理することができる。アドレス可能及び非アドレス可能なアレイを形成することができる。
【００３０】
本発明のデバイスは、例えば、第１及び第２の薄層を一緒に埋込み電極に接合するロールトゥロール処理を含み得る大量生産技術に適している。本発明の実施形態は、低コストで作ることのできるマイクロキャビティプラズマデバイスからなる大きなアレイを提供する。また、本発明の例示的なデバイスは、フレキシブルで、スペクトルの可視光領域において少なくとも部分的に透明である薄層から形成される。
【００３１】
本発明の好適な実施形態のマイクロキャビティプラズマデバイスの構造は、例えば、ロール上の任意の長さで利用できる、又は製造することのできる金属からなる箔（又は膜）に基づいている。本発明の方法において、マイクロキャビティのパターンは、後に陽極酸化される金属箔内に形成され、それにより、各マイクロキャビティが、埋め込まれた金属電極によって（該マイクロキャビティの軸と直角な平面内に）包囲された（該金属ではなく）金属酸化物内のマイクロキャビティをもたらす。デバイスの動作中、該金属酸化物は、該マイクロキャビティ内のプラズマから該マイクロキャビティを保護し、及び該電極を該プラズマと電気的に絶縁する。
【００３２】
第２の金属箔も、酸化物で密封され、該第１の密封箔に接合される。該第２の金属箔は、第２の電極を形成する。本発明の一つの好適な実施形態のマイクロキャビティプラズマデバイスアレイの場合、これら２つの密封箔の接合中に、特定のアラインメントは必要ない。本発明の別の実施形態においては、該第２の電極は、該金属酸化物内に埋め込まれた平行な金属ラインからなるアレイを備える。該埋込み電極を有する２つの金属酸化物層を備えるアレイ全体は、例えば、中に封入された所望のガス又はガス混合物と共に、薄いガラス、石英又はプラスチックウィンドウで密封することができる。
【００３３】
該金属電極及び金属酸化物用の好適な材料は、アルミニウム及び酸化アルミニウム（Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３）である。別の例示的な金属／金属酸化物材料系は、チタン及び二酸化チタン（Ｔｉ／ＴｉＯ２）である。他の金属／金属酸化物材料系は、当業者には明白であろう。好適な材料系は、ロールトゥロール処理等の低コストの大量生産技術によって、本発明のマイクロキャビティプラズマデバイスアレイの形成を可能にする。
【００３４】
該マイクロキャビティの形状（断面及び奥行き）ならびに該マイクロキャビティ内のガス又は蒸気の固有性、印加される電圧及び電圧波形は、原子又は分子放射体を前提として、プラズマの形態及びマイクロプラズマの放射効率を決定する。本発明の例示的なマイクロプラズマアレイ構造の全体の厚さは、例えば、２００μｍ以下とすることができ、そのようなアレイを非常にフレキシブルかつ安価にすることができる。さらに、該マイクロキャビティプラズマデバイスの密度（アレイ表面積のｃｍ２当たりの数）は、達成可能な５０％を超える充填率（該アレイの放射面積と、その全体の面積の比）で、１０４ｃｍ−２を超えることが可能である。
【００３５】
本発明の実施形態は、１つのアレイ内の個々のマイクロキャビティプラズマデバイスの独立したアドレッシングを実現できる。上述したように、一実施形態において、該第２の電極は、金属酸化物中に埋め込まれた平行な金属ラインからなる１つ以上のアレイを備えることができる。アドレス可能なアレイ全体は、陽極酸化及び後の接合により、金属酸化物中に別々に埋め込まれた２つの電極又は電極パターンからなる。
【００３６】
本発明によって形成される金属酸化物中に埋め込まれた電極相互接続のパターンは、電子デバイス又はシステム用の配線としての別の実用性も有する。本発明の実施形態は、第１の金属酸化物層内に画成された複数のマイクロキャビティを備える電子デバイス又はシステム用の配線である。第１の周囲金属電極は、該金属酸化物層内に埋め込まれ、各電極は、個々のマイクロキャビティを包囲している。該第１の金属酸化物層内に埋め込まれた相互接続部は、２つ以上の第１の電極を接続する。該第１の電極の相互接続は、あるパターンに従って行われる。
【００３７】
次に、好適な実施形態を、図面に関して論じる。該図面は、原寸に比例していない略図を含み、このことは、当業者には、付随する説明を参照すれば完全に理解されるであろう。形状部材は、説明のために誇張されている可能性がある。好適な実施形態から、当業者は、本発明の様々な態様を認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の例示的な実施形態のマイクロキャビティプラズマデバイスアレイの概略断面図である。
【図２】図２Ａは、個々のマイクロキャビティ及びその関連の埋め込み周囲電極の概略断面図、図２Ｂは、相互接続された埋め込み周囲電極を有するマイクロキャビティアレイの一部の概略断面図である。
【図３】図２の個々のマイクロキャビティ及び埋め込み周囲電極の概略平面図である。
【図４】埋め込み周囲電極によって相互接続された複数のマイクロキャビティの概略平面図である。
【図５】線形パターンで接続されている埋込み周囲Ａｌ電極を有する、Ａｌ２Ｏ３内の直径２５０μｍの円筒形マイクロキャビティからなる２つの線形アレイの一部を示す写真である。
【図６】本発明の例示的な実施形態のマイクロキャビティプラズマデバイスアレイの概略断面図である。
【図７】図７Ａは、本発明のアドレス可能なマイクロキャビティプラズマデバイスからなるアレイの好適な実施形態の概略平面図、図７Ｂは、本発明のアドレス可能なマイクロキャビティプラズマデバイスからなるアレイの好適な実施形態の概略断面図である。
【図８】図８Ａは、本発明のアドレス可能なマイクロキャビティプラズマデバイスからなるアレイの別の好適な実施形態の概略平面図、図８Ｂは、本発明のアドレス可能なマイクロキャビティプラズマデバイスからなるアレイの別の好適な実施形態の概略断面図である。
【図９】図９Ａは、本発明のアドレス可能なマイクロキャビティプラズマデバイスからなるアレイの別の好適な実施形態の概略断面図、図９Ｂは、本発明のアドレス可能なマイクロキャビティプラズマデバイスからなるアレイの別の好適な実施形態の概略平面図である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｅは、図９Ａ及び図９Ｂのアレイの場合の好適な製造プロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、本発明のマイクロキャビティプラズマデバイスアレイ１０の例示的な実施形態の断面図である。マイクロキャビティ１２は、埋め込まれた第１の周囲電極１６を含む第１の金属酸化物層１５内に画成されている。金属酸化物１５は、第１の周囲電極１６を、該マイクロキャビティ内に生成されるプラズマから保護し、それにより、アレイ１０の寿命を延ばし、また、周囲電極１６と、該アレイの第２の電極を電気的に絶縁する。周囲電極１６は、図１の断面図に示すように、先細になっていることに注意する。すなわち、該電極の厚さは、マイクロキャビティの近くで最も大きくなっているが、該マイクロキャビティから離れるにつれて小さくなる。図１では明らかではないが、各周囲電極１６は、それぞれのマイクロキャビティを包囲しており、方位的に対称的である。この発明の別の特徴は、金属酸化物誘電体からなる層が、電極１６の内縁と、マイクロキャビティ１２の壁部との間に存在しているということである。
【００４０】
図１の第２の電極１８は、硬い導電性箔とすることができ、第２の薄い酸化物層１９、例えば、第１の層１５の金属酸化物と同様の金属酸化物内に埋め込まれている。しかし、好適な実施形態において、第２の電極１８は、例えば、マイクロキャビティ１２の行（及び／又は列）と位置合わせされた平行ラインとしてパターン化されている。一実施形態において、該金属ラインは、電気的に接続されている。このようにして、マイクロキャビティデバイスからなる大きなアレイのための共通電極を形成することができるが、金属の量は、硬い導電性箔と比較して低減され、それに伴って、該アレイの静電容量も低減される。他の実施形態においては、該金属ラインは、個々のマイクロキャビティデバイスをアドレッシングする目的で、電気的に接続しなくてもよい。第２の電極１８は、酸化物１９内に埋め込まれ、又は、該酸化物によって密封されている。所望の放電媒体（ガス、蒸気、又は、これらの組合せ）は、マイクロキャビティ１２内に収容でき、マイクロプラズマは、正確なＲＭＳ値を有する時変電圧波形がジェネレータ２２によって供給されたときに、マイクロキャビティ１２内に生成される。駆動電圧は、例えば、正弦波、バイポーラＤＣ又はユニポーラＤＣとすることができる。
【００４１】
アレイ１０は、該マイクロプラズマによって生成される放射波長に対して完全に透過性であるか、又は、例えば、特定のスペクトル領域においてのみ放射を伝達するように、マイクロキャビティプラズマデバイスアレイ１０の出力波長をフィルタリングすることのできる適当な材料によって密封することができる。アレイ１０は、薄いガラス、石英又はプラスチック層等の透明な層２０を含む。上記放電媒体は、大気圧又は大気圧付近で収容することができ、シーリング層２０全域での小さな圧力差のために、非常に薄いガラス又はプラスチック層の使用を可能にする。様々な食品を密封する食品業界において用いられるパッケージング等のポリマー真空包装を用いることもでき、この場合、層２０は、縁部１５を越えて及んでおり、底部からアレイ１０を取り囲む同じ材料からなる別の層に密封される。当業者は、周知の真空及びガスの取扱法を、該密封されたアレイから空気を排気して、該アレイに所望のガス、蒸気又はこれらの組合せを充填するのに用いることができることは理解するであろう。（図１には図示されていない）真空接続は、この目的を果たすことができる。
【００４２】
各マイクロキャビティ１２内には、プラズマ（放電）が生成される。第１及び第２の電極１６、１８は、それぞれの酸化物層の厚さだけ、互いに離間されている。それにより、該酸化物は、第１及び第２の電極１６、１８を互いに絶縁し、加えて、各電極を、マイクロキャビティ１２内に収容されている放電媒体（プラズマ）から隔離する。この構成は、ガス又は蒸気媒体を励起して、各マイクロキャビティ１２内にマイクロプラズマを生成するための、電極１６と電極１８の間への時変電位（ＡＣ、ＲＦ、バイポーラ又はパルスＤＣ等）の印加を可能にする。
【００４３】
図２は、直径ｄの個々の円筒形マイクロキャビティ１２及び埋込み周囲電極１６を断面で示し、図２Ｂは、周囲電極１６及び相互接続部２４を有する隣接する２つのマイクロキャビティ１２を示す。相互接続部２４は、該相互接続部が接続している周囲電極１６とつながっており、２つの周囲電極１６の融合によって形成される。
【００４４】
図３は、個々のマイクロキャビティ及び埋込み電極１６の平面図であり、埋込み電極１６が、マイクロキャビティの周囲にリングを形成していることを示す。好適な方法による形成中に、自己パターン化した埋込み周囲電極が、各マイクロキャビティの周囲に自動的に形成され、パターン状に接続することができ、又は、分離することができる。図２Ａ、図２Ｂ及び図３を見て分かるように、電極１６は、厚さφを有する金属酸化物誘電体１５からなる層が、電極１６の内縁と該マイクロキャビティの壁部との間に存在するように形成される。同様に、電極１６の上縁と、誘電体層１５の上面との間の金属酸化物の厚さはａであり、層１５の全体の厚さは、ｔで定義され、該マイクロキャビティの直径はｄである。好適な実施形態において、φは、典型的には、１〜３０μｍであり、ａは、５〜４０μｍ間隔である。ａがφよりも大きい場合、プラズマは、一般的に、マイクロキャビティ１２内に閉じ込められる。例示的な実施形態は、円筒形のマイクロキャビティを示しているが、本発明の自己パターン化形成プロセスは、任意の断面（矩形、ダイヤモンド等）を有するマイクロキャビティを形成するのに用いることができ、各マイクロキャビティは、それぞれの自己パターン化した埋込み周囲電極を有している。
【００４５】
当業者は、第１の電極１６が、図１〜図３を見て分かるように、本発明のマイクロキャビティプラズマデバイスアレイの第１の電極として機能することとは別の実用性を有することも理解するであろう。本発明によって形成される金属酸化物１５内に埋め込まれた電極１６の接続部２４のパターンは、例えば、電子デバイス又はシステム用の相互接続部（配線）としての別の実用性も有する。本発明の実施形態は、図１〜図３を見て分かるように、第１の金属酸化物層１５内に画成された複数のマイクロキャビティ１２を備える電子デバイス又はシステム用の配線である。第１の周囲金属電極は、該金属酸化物層内に埋め込まれており、複数のマイクロキャビティ１２の各々を包囲している。該第１の金属酸化物層内に埋め込まれた相互接続部２４は、２つ以上の該第１の電極を接続する。該第１の電極の相互接続は、あるパターンに従って行われる。
【００４６】
本発明の好適な形成プロセスにおいては、既に存在する（所望の断面形状を有する）マイクロキャビティからなるパターンを有する金属箔が得られる。該マイクロキャビティは、該金属箔を部分的に又は完全に貫通して伸びることができる（後者は、図１、図２Ａ及び図２Ｂに図示されている）。金属箔は、マイクロ穿孔、レーザーマイクロマシニング、化学エッチング又は機械的パンチングを含む様々な方法のいずれかによって、該金属箔内に形成されたマイクロキャビティからなるパターンを有することができる。様々な形状のスルーホールの形で予め形成されたマイクロキャビティを有する箔が市販されている。
【００４７】
次のステップは、陽極酸化プロセスによって、該金属箔のほとんどを金属酸化物に変えることである。このプロセスは、各マイクロキャビティを包囲する自己パターン化した第１の電極（図１〜図３を参照）をもたらすように制御される。金属酸化物中に埋め込まれた、各マイクロキャビティの周囲のこれらの金属リングは、様々なパターンで接続することができ、又は、必要に応じて、単一の相互接続電極を形成してもよい。該陽極酸化プロセスのパラメータ（モル濃度、温度、プロセス時間等）の制御によって、該埋込み電極及び（もしある場合には）相互接続部の寸法は、変化させることができ、及び指定することができる。
【００４８】
形成方法は、大規模処理に適しており、低コストである。埋め込まれた自己パターン化電極は、陽極酸化、湿式化学プロセスによって自動的に形成される。その結果として、該プロセスは、低コストであり、理想的に、大面積を処理するのに適している。薄膜堆積技術によるアレイ用電極の製造は、比較的高価である。そのため、発光アレイの等価静電容量の最小限化は、（スイッチング等の）その高周波電気特性にとって重要であるが、従来の堆積プロセスによる該電極のパターニングは、該アレイのコスト、及び製造プロセスの複雑性を上昇させる。本発明の形成方法を用いれば、該製造プロセスの複雑性を増すことなく、該電極面積を劇的に低減することができる。
【００４９】
図２ｂは、マイクロキャビティ間の埋め込み金属電極の相互接続に関連する２つのマイクロキャビティの略図及びパラメータを示す。図２ａに示す条件の場合、該電極は、該マイクロキャビティ間の間隔Ｌが、該マイクロキャビティの直径ｄよりも小さい場合には、互いに相互接続されることになる。
【００５０】
本発明の例示的な実施形態によるプロトタイプのアレイが製造され、試験されている。具体的には、マイクロキャビティプラズマデバイスからなるリニアアレイが、シュウ酸中で、（スルーホール形の）円筒形のマイクロキャビティからなるパターンが既に中に形成されているアルミニウム箔を陽極酸化することによって実現されている。これらの例示的なアレイの場合、Ａｌ箔の厚さは、１２７μｍであり、該円形ホールの直径及びピッチ（中心間の距離）は、それぞれ、２５０μｍ及び２００μｍである。該箔を、２５℃で、０．３Ｍのシュウ酸溶液中で、７時間、陽極酸化すると、該アルミニウム箔のほとんどが、ナノ多孔性の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に変わるが、（図２及び図４に示すように）該Ａｌ２Ｏ３内に埋め込まれているＡｌからなるパターン化された薄層が残る。このＡｌからなるパターン化された薄層は、図１〜図４のキャビティ１２内にマイクロプラズマを生成するための電極又は（単一の電極を形成するための）相互接続された電極からなる群としてよく適している。別の言い方をすると、該陽極酸化プロセスは、該陽極酸化プロセスが、適当な時間に終了した場合に、残っているＡｌが、アレイ内の個々のマイクロプラズマデバイスのための電極として、又は、マイクロキャビティプラズマデバイスアレイ内のマイクロキャビティの一部又は全てを相互接続する電極として機能するように、Ａｌを選択的にＡｌ２Ｏ３に変える。これが、該アレイ電極を形成するプロセスである。
【００５１】
図１、図２Ａ及び図２Ｂの断面図に示す、このプロセスによって形成される該周囲電極のリング構造は、金属箔又は金属膜内のマイクロキャビティ付近での陽極酸化プロセスの力学の結果である。該マイクロキャビティから少し離れたところで、陽極酸化槽内に浸漬された箔の陽極酸化は、該箔、例えば、Ａｌ箔の両面で一様に進行し、その厚さが、処理時間と共に増加する透明なＡｌ２Ｏ３膜内に密封された、（その厚さが、陽極酸化時間と共に減少する）薄いＡｌシートをもたらす。しかし、該マイクロキャビティの付近では、該マイクロキャビティ内の酸も陽極酸化に加わっているため、該プロセスは、異なって進行する。そのため、該マイクロキャビティの周辺の近傍では、陽極酸化は、該箔の両面から内方へ移動し、同時に、該プロセスは、該マイクロキャビティから離れた外方へも進行する。しかし、ＡｌからＡｌ２Ｏ３への変換は、未使用の酸の、小径の流路（マイクロキャビティ）内への流れが制限されるため、該マイクロキャビティ内では、外部（すなわち、表面）よりも遅い。その結果、Ａｌ電極（図２Ａ）は、該マイクロキャビティ付近では、フレアー状になり、及び厚さφのＡｌ２Ｏ３層が、該マイクロキャビティの内側を被覆する。また、該電極の内面、すなわち、該マイクロキャビティに対向する面は、本質的に該マイクロキャビティの壁部と平行である。従って、このプロセスは、該マイクロキャビティ壁部から本質的に等距離にあるリング電極を形成する。
【００５２】
埋め込まれた周囲電極は、該表面へのシュウ酸の流入の結果として、該陽極酸化プロセス中に自動的に形成される。マイクロキャビティ１２を包囲する金属電極の矢じり状の断面形状（例えば、図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照）は、該マイクロキャビティ付近での陽極酸化の不均一な反応速度によって生じる。該マイクロキャビティから離れたところでの、該金属箔から金属酸化物への変換は、（必要に応じて）ほぼ終了まで進行することが可能であるが、該マイクロキャビティ付近では、該マイクロキャビティ内への酸の動きが制限されるため（及び該マイクロキャビティからの、陽極酸化の化学生成物の除去が遅いため）該マイクロキャビティ付近で反応速度が落ちるので、より多くの金属が残る。このプロセスの結果、金属酸化物内に埋め込まれた自己パターン化した電極が、該マイクロキャビティの周囲に形成される（又は、より正確には、該陽極酸化プロセスによって残される）。形成されたこれらの構造は、（マスキングによって容易になされる方法等の）パターニングプロセス又は選択的陽極酸化法の実施によって、様々な形状に変更することができることを強調しておく。
【００５３】
図４において、各マイクロキャビティ１２を包囲する埋込み周囲電極１６は、図４に示すマイクロキャビティ１２からなるリニアアレイのための単一の連続電極を形成する相互接続部２４を含む。好適な実施形態において、相互接続部２４は、個々のマイクロキャビティの周囲の隣接する周囲電極１６の非分離（又は、融合性）の結果であり、このことは、マイクロキャビティ１２からなる小さな及び大きな群を接続して、例えば、アドレス可能なマイクロキャビティプラズマデバイスアレイを形成するのに用いることができる。好適な形成プロセスに関して上述したように、マイクロキャビティの間隔、及び陽極酸化プロセスの継続時間及び状態は、隣接する電極１６に接続するように相互接続部２４を残すことができる。
【００５４】
また、自己パターン化した埋め込み電極を、マイクロキャビティからなるアレイを電気的に接続するように形成することができることが、実験で証明された。該デバイスが、それに対して相互接続される、直径２５０μｍのマイクロキャビティからなるリニアＡｌ／Ａｌ２Ｏ３アレイの一部を図５に示す。上から撮ったこの写真は、該リニアアレイの両側において、Ａｌが本質的に完全に、可視領域で透明なＡｌ２Ｏ３に変換されていることを示している。また、（該マイクロキャビティアレイは、この写真では逆光であるため、白い円として現れている）各マイクロキャビティの周囲の埋込みＡｌリングは、明確に表れている。例えば、４００トールのＮｅで作動させた場合、図５のアレイは、各キャビティ内に均一なグロー放電を生成する。１気圧程度までの圧力での動作が、これまでに実証されており、（Ｎｅに加えて）多くのガス及び蒸気が、これらのマイクロプラズマデバイスアレイによく適している。
【００５５】
図６は、本発明のマイクロキャビティプラズマデバイスからなるアレイを組込んだランプの略図である。図６のアレイにおいては、例えば、図１又は図４による第１及び第２の埋込み電極１６、１８（一方又は両方がマイクロキャビティ１２を有している）は、例えば、予め形成されたＡｌスクリーンを陽極酸化して、フレキシブルであるように十分に薄くすることのできる、埋め込み周囲電極を有するマイクロキャビティプラズマデバイスアレイ１０を形成することにより、金属及び金属酸化物中に製造される。高レベルの柔軟性を維持するために、真空密封の後、アレイ１０を、食品業界で用いられている包装等のポリマー真空包装３４でパッケージングすることができる。電極１６、１８の延長部が、電源／コントローラ３６への接続のために、パッケージング３４を越えて延びるように図示されているが、接続のための他の方法も、当業者には明白であろう。ポリマーパッケージングにおける真空密封は、マイクロキャビティプラズマデバイスアレイ１０を、大気圧で、又は大気圧付近で作動させることができ、その結果、（もしあれば）該ランプの内部と外部の間に小さな圧力差がもたらされるため、可能である。当然、他のパッケージングも、例えば、ガラス、石英又はサファイアウィンドウで密封するのに利用することができる。
【００５６】
本発明のアドレス可能なマイクロキャビティプラズマデバイスアレイの実施形態を、図７Ａ及び図７Ｂに概略的に示す。図７Ａ及び図７Ｂにおいては、これまでの図面からの参照数字が、類似の部材の符号として用いられている。図７Ａ及び図７Ｂの第１の電極１６は、各マイクロキャビティの周りのリングの形をとる埋込み周囲電極である。電極１６は、酸化物からなる第１の層１５内に埋め込まれており、該層によって保護される。相互接続部２４は、電極１６からなるリニアアレイと、それぞれのマイクロキャビティ１２とを接続する。第２の電極１８は、酸化物層１９内に埋め込まれた平行ライン電極１８ａ〜１８ｎを備える。電極１８ａ〜１８ｎは、陽極酸化の前に、該第２の金属箔の所望の領域をマスキングすることによって形成することができる。このようにして、所望の幅の埋込み電極が作られる。ライン電極１８ａ〜１８ｎと、酸化物からなる第１の層１５内のマイクロキャビティ１２の行及び／又は列とを位置合わせすることにより、個々にアドレッシングすることのできる（線形状又は２次元のアレイにおける）マイクロキャビティデバイスが形成される。
【００５７】
図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の別のアドレス可能なマイクロキャビティプラズマデバイスアレイの実施形態を示す。図８Ａ及び図８Ｂにおいては、これまでの図面からの参照数字が、類似の部材の符号として用いられている。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、第１の電極１６及び第２の電極１８は、それぞれ、酸化物層１５及び１９の両方の中に形成されたマイクロキャビティ１２を包囲する、相互接続された埋込み周囲電極を備える。酸化物層１９内のマイクロキャビティ１２は、酸化物層１５内のマイクロキャビティ１２とは異なる直径を有することができ、このことは、電極間の位置合わせを補助することができ、又は、例えば、フラットパネルディスプレイシステム用の最適化された構造を形成するのに用いることができる。マイクロキャビティプラズマデバイスアレイとは別に、図８Ａの第１及び第２の層は、電子デバイス又はシステムにおける回路接続用の配線パターンの２つの層として単に用いることもできる。
【００５８】
図８Ｂにおいて、電極１８は、埋込み周囲電極１６とは異なる断面形状を有するように見える。好適な実施形態のアドレス可能なアレイにおいて、マイクロキャビティの行は、クロストークを避けるように隔離される。図８Ｂの第２の電極１８は、まず、上述した埋め込み周囲電極の形成のための好適な方法によって形成することができる。続くパターニングプロセス（リソグラフィー）は、行間隔を生じるのに用いることができ、また、マイクロキャビティ１２の周囲の電極を接続する金属ラインからなる延長部のために用いることができる。
【００５９】
図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の別のマイクロキャビティプラズマデバイスアレイを示す。図９Ａ及び図９Ｂの実施形態において、第２の電極１８’は、第１の電極１６と同じ第１の金属酸化物層１５によって（該層の上又は中に）担持されている。図９Ａ及び図９Ｂの第１及び第２の電極１６、１８’の完全にアドレス可能な相互接続パターンは、アルミニウム箔等の単一の金属箔を用いて、自己組立て製造プロセスによって作製することができる。第２の電極１８’は、（図９Ａに示すように）その下面を該第１の金属酸化物層によって担持されている。製造中、第２の電極１８’は、該第１の電極／酸化物の自己組立てプロセスの完了後に、堆積によって形成される。有利には、図９Ａ及び図９Ｂにおける単一の箔層の使用は、該製造プロセス中に、２つの別々の酸化物層／電極層の位置合わせを要することなく、該第１及び第２の両電極をパターニングして、完全にアドレス可能にできるようにする。第２の電極１８’は、一般に、他の実施形態の場合よりもマイクロキャビティ１２に近接している。好ましくは、該第２の電極は、酸化物１５の奥まった箇所に設けられる。図９Ａ及び図９Ｂの実施形態は、上述した酸化物層の実施形態よりも均一に、及び低電圧でマイクロプラズマを生成することが可能である。
【００６０】
他の実施形態において、酸化物１５／電極１６の層及び第２の酸化物層１９は、プラズマを励起するのに必要な電圧レベルを著しく低減するために、第２の電極１８を、該マイクロキャビティに十分に近づけることができるように、十分に薄く保たれている。図９の電極１８’は、同じ層内の該マイクロキャビティに近接して形成することができるため、電極１６／酸化物層１５を、薄くする必要はない。図９Ａ及び図９Ｂの実施形態は、陽極酸化プロセス中の湾曲又は応力が少ないより厚い金属箔で製造することもできる。従って、該アレイのサイズが増大すると、より厚い箔は、金属を金属酸化物に変えるのに用いられる陽極酸化プロセス中に生じる、該アレイ内の応力を低減する。
【００６１】
図９Ａを見て分かるように、該マイクロキャビティは、好ましくは、先細の断面を有する。この先細形状は、プラズマの生成に対して利点を有し、図９Ａ及び図９Ｂの実施形態において、該プラズマによって生成される光の該マイクロキャビティからの抽出を改善するように作用する。該先細形状は、湿式化学プロセス、機械的パンチングプロセス又は他の材料除去プロセスによって実現される。
【００６２】
図１０Ａ〜図１０Ｅは、図９Ａ及び図９Ｂのアレイの場合の好適な製造プロセスを示す。該製造プロセスは、図１０Ａで始まり、金属箔３０及び先細のマイクロキャビティ１２が、図１０Ｂにおいて形成される。図１０Ｃは、陽極酸化による、第１の電極１６及び相互接続部２４の形成を示す。アレイデザインにより必要であれば、延長相互接続部２４を、フォトリソグラフィと、それに続く陽極酸化によって形成することができる。図１０Ｄにおいて、エッチングプロセスは、電極１８’のための位置を画成する凹部３２を形成し、該電極は、例えば、電気めっき又は空間選択的なプリントプロセスによって堆積することができる。第２の電極１８’は、凹部３２を用いて酸化物１５内に埋め込まれるが、他の実施形態においては、該第２の電極は、該酸化物の表面に形成される。埋め込まれる第２の電極は、該第２の電極を、該マイクロキャビティ１２の軸に直角な面内で、マイクロキャビティ１２の壁部に隣接して配置するのに好適である。図１０Ｃに示す構造は、これまでに説明してきた他の構造のように、電子デバイス又はシステム用の配線としての有用性も有している。同様に、図１０Ｅの構造は、電子デバイス又はシステムを配線するための、Ａｌ２Ｏ３に完全に埋め込まれたデュアルレベル電気相互接続システムとして用いることができる。
【００６３】
本発明のアレイは、多くの用途を有している。アドレス可能なデバイスは、１つ以上のマイクロキャビティプラズマデバイスが、ディスプレイにおける個々の画素又はサブ画素を形成している、大小両方の高解像度ディスプレイのための基礎として用いることができる。好適な実施形態のアレイにおけるマイクロキャビティプラズマデバイスは、上述したように、蛍光体を励起して、大面積でのフルカラー表示を実現することができる。非アドレス可能な又はアドレス可能なアレイのための用途は、例えば、液晶表示パネル用の光源（バックライトユニット）としてである。本発明の実施形態は、蛍光灯をバックライトとして使用するという現在の実施よりも好ましい、軽量で薄い分散型光源を提供する。局所的なランプからの光を、液晶ディスプレイ全体に均一に配分するには、高機能の光学系を必要とする。非アドレス可能なアレイは、一般的な照明用のフラットランプとしても機能することのできる軽量の光源を提供する。本発明のアレイは、例えば、クロマトグラフィー装置等の検出及び検知機器における用途、及び（光線力学療法を含む）光線療法処置のための用途も有する。後者は、（〜３０８ｎｍの紫外光を要する）乾癬、光線角化症及びボーエン病又は基底細胞癌の治療を含む。ガラス又はプラスチック中に密封された安価なアレイは、現在、患者が非臨床的環境（すなわち、自宅）で治療する機会、及び治療の完了後の該アレイの廃棄の機会を与える。これらのアレイは、紫外線放射を要するポリマーの光硬化にもよく適しており、又は、低レベルの照明が望ましい用途のための大面積で薄い光パネルとしても適している。
【００６４】
マイクロプラズマデバイスを相互接続する用途に加えて、本発明の形成方法は、一般的な配線にも適用可能であり、また、マイクロエレクトロニクス及びＭＥＭｓシステム、コンデンサアレイ、マイクロ冷却デバイス及びシステム、及びプリント配線板（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）技術のための電極及び相互接続部を形成するのに用いることができる。
【００６５】
本発明の様々な実施形態を示し、かつ説明してきたが、当業者には、他の変更、置換及び代替が明白であることを理解されるであろう。そのような変更、置換及び代替は、添付クレームから判断すべきである本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、行うことができる。
本発明の様々な特徴は、以下のクレームに記載されている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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